WO2006059615A1 - 太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用 - Google Patents

太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用 Download PDF

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WO2006059615A1
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solar cell
current
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light emission
cell element
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Takashi Fuyuki
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National University Corporation NARA Institute of Science and Technology
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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    • G—PHYSICS
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell evaluation method and an evaluation device for use in a simple and accurate evaluation of the photoelectric conversion performance of a solar cell without using a large inspection device and the like, and more particularly to a solar cell.
  • Photoelectric conversion of a solar cell is simple and accurate by conducting current to the solar cell element that constitutes the battery (for example, a solar cell module or solar cell panel, or the solar cell element itself) and analyzing the light emission characteristics generated at that time.
  • the present invention relates to a solar cell evaluation method and evaluation apparatus for evaluating performance, and use thereof.
  • minority carrier diffusion length and defects are measured by using an electron beam or laser beam to measure the induced current and voltage.
  • EBIC Electro Beam Induced Current
  • LBIC Laser Beam Induced Current
  • the solar cell has a pn junction and has almost the same structure as a light emitting diode (LED), it is a gallium arsenide-based single crystal semiconductor power device (InGaP / GaAs) generally used for LEDs. ) has been developed. Then, for such a gallium arsenide-based single crystal semiconductor power solar cell element, forward-biased to generate electoric luminescence (EL), and from observing the EL, current density Techniques have been reported for evaluating in-plane EL intensity non-uniformity resulting from non-uniform distribution and for evaluating defects that leak pn junctions (eg, Non-Patent Documents 2 and 3).
  • EL electoric luminescence
  • Non-Patent Document 3 Tatsuya Takamoto, PhD (Engineering) degree thesis, "Study on high-efficiency and physical properties of InGaP / GaAs tandem solar cells", Submitted in January 1999, graduate School of Engineering, Toyota Institute of Technology
  • InGaP / GaAs was originally widely used as an LED material, and it is a well-known fact that it emits light easily by forward biasing, so performance evaluation is performed using the EL method. This idea is relatively easy to obtain.
  • silicon semiconductors are indirect transitions, light emission transitions (due to hot carriers, etc.) and bremsstrahlung emission are observed under special conditions (low temperature, high electric field applied, etc.). There are only a few reports that it is used for functional evaluation, and no fact is reported when a silicon semiconductor emits light under normal conditions other than the above special conditions! Therefore, silicon semiconductors are used as light emitting materials for LEDs and the like.
  • Non-Patent Documents 2 and 3 the knowledge about InGaP / GaAs disclosed in Non-Patent Documents 2 and 3 is about a solar cell element made of a single crystal of a gallium arsenide semiconductor.
  • single-crystal semiconductors can usually be formed uniformly with in-plane distribution of electronic properties, so evaluation is not so difficult.
  • in-plane distribution occurs, so the device performance is greatly affected, and a more precise evaluation is required compared to a single crystal.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell capable of evaluating the photoelectric conversion performance of a solar cell module simply and accurately without requiring a large facility. It is to provide an evaluation method, an evaluation apparatus, and use thereof.
  • the present inventors injected a forward current into single crystal and Z or polycrystalline semiconductor silicon. As a result, a normal carrier at room temperature was obtained. We found that luminescence was observed even under injection conditions, and experimented with the new fact that the emission intensity has a 1: 1 correspondence with the distribution of minority carrier diffusion length, which has a significant effect on photoelectric conversion performance. As a result, the present invention was completed. The present invention has been completed on the basis of powerful new findings and includes the following inventions.
  • a solar cell evaluation method for evaluating the performance of a solar cell a current introduction step for introducing a direct current in the forward direction to the solar cell elements constituting the solar cell, and the current introduction described above.
  • the method for evaluating a solar cell according to (1) including a determination step of determining that the evaluation is defective when the evaluation is small.
  • the method includes a determination step of calculating the diffusion length of minority carriers based on the emission intensity of the emission characteristics detected in the emission detection step and determining the performance of the solar cell using the diffusion length as an index.
  • the method for evaluating a solar cell according to (1) further comprising: calculating a diode factor of the solar cell element based on a change in current intensity and a change in light emission characteristics.
  • the wavelength of the light detected in the light emission detection step is ⁇ !
  • a solar cell evaluation device for evaluating the photoelectric conversion performance of a solar cell
  • the intensity of the light emission intensity is used as an index, and if the light emission intensity is larger than a predetermined value, the evaluation is determined to be good, and the light emission intensity is predetermined. If it is smaller than the value, it is equipped with a judgment means to judge that the evaluation is bad (8)
  • the evaluation apparatus of the described solar cell
  • a determination means for calculating the diffusion length of minority carriers based on the emission intensity among the emission characteristics detected by the emission detection means and determining the performance of the solar cell using the diffusion length as an index is provided.
  • the current introduction means changes a current intensity to be introduced, and the light emission detection means emits light generated from the solar cell element in accordance with a change in current intensity in the current introduction means.
  • a calculation means for calculating the diode factor of the solar cell element based on the change in the current intensity and the change in the light emission characteristic.
  • the solar cell evaluation device performs a step of evaluating a solar cell installed in a structure, and a determination device includes the solar cell Based on the result of the evaluation, in the solar cell, the step of determining whether or not there is a solar cell element whose performance is lower than a predetermined value and the replacement instruction device have a performance lower than the predetermined value.
  • a solar cell maintenance system comprising: a replacement instruction device for instructing an element replacement business operator.
  • a method for producing a solar cell comprising the method for evaluating a solar cell according to any one of (1) to (7) as one step.
  • each functional block of the maintenance method 'maintenance system may be realized by a computer.
  • a control program for causing the computer to realize the evaluation apparatus and the like by operating the computer as each of the above means and a computer-readable recording medium on which the control program is recorded also fall within the scope of the present invention.
  • the solar cell evaluation method or evaluation apparatus does not require, for example, (0 scanning probe (electron beam, laser), and can perform simple measurement, as compared with the conventional technique.
  • large-scale equipment is not required, it is possible to perform observation and evaluation in the product state (completed at the manufacturing plant or installed in the structure). It is also possible to build a business model that is consistent with a maintenance method or maintenance system that regularly evaluates solar cells installed in the city, according to a conventional maintenance method or maintenance system. It is possible to perform regular maintenance on solar cells already installed in the structure with little effort, and to select and replace only those solar cells that have degraded performance. It is very efficient and low-cost without having to replace the entire positive battery module.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the basic configuration and operation principle of a solar cell module.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing how a current is introduced in the forward direction with respect to a solar cell element.
  • FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing an example of a maintenance system according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a flow of a maintenance system according to the present embodiment.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing an image obtained by photographing the light emission of the S-Shenyang battery element when current is injected.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of analyzing the light emission intensity (EL intensity) when a current is injected into a Si solar cell element and the wavelength (Wavelength) of light emitted by the solar cell module force.
  • EL intensity light emission intensity
  • Wavelength wavelength of light emitted by the solar cell module force.
  • FIG. 7 (b)] is a diagram showing the result of analyzing the relationship between the diffusion length of the S Shenyang battery element and the emission intensity.
  • FIG. 8 is a diagram showing an image of the state of light emission when current is introduced into a single-crystal Si solar cell element.
  • FIG. 9 is a graph showing the results of examining the emission intensity when current is introduced into a single-crystal Si solar cell element.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a solar cell evaluation apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing the results of examining the change in emission intensity (EL intensity) when the current density is changed for a solar cell element using single crystal silicon and polycrystalline silicon. Explanation of symbols
  • solar cell evaluation method The basic configuration and operating principle of a solar cell module will be briefly described with reference to FIG.
  • a solar cell element made of silicon semiconductor will be described as an example.
  • the term “solar cell element” means a minimum structural unit that generates a current by receiving light by a photoconductive effect and a Z or photovoltaic effect, for example, 10 cm to 15 cm square. Can be mentioned.
  • the “solar cell module” refers to a configuration in which a plurality of solar cell elements are connected. For example, about 10 to 50 solar cell elements connected to each other, about 0.5 m to lm square. You can list things.
  • “solar cell module” includes “solar cell panel” which is an assembly of modules. When simply referred to as “solar cell”, it represents any or all of the power of the solar cell element, solar cell module, or solar cell panel.
  • a solar cell element that also has silicon semiconductor power has a thin n-type silicon layer (hereinafter “n layer”) formed on the surface of a p-type silicon layer (hereinafter “P layer”).
  • n layer n-type silicon layer
  • P layer p-type silicon layer
  • the diffusion length of electrons, which are minority carriers in the P n p layer, W is the width of the depletion layer formed by the pn junction (the region where an electric field exists without any electrons or holes).
  • the diffusion length is simply the distance at which minority carriers generated by light can move (diffuse) without recombination with majority carriers and disappear.
  • the n layer is thin, and light is absorbed almost by the p layer.
  • the electrons generated by light within the range of the depletion layer terminal force L in Fig. 1 'Minority carrier electrons diffuse leftward and can reach the depletion layer. These electrons move to the n layer side by the electric field in the depletion layer, and become a photocurrent.
  • the electrons generated by light at a distance away from L are recombined with the holes of majority carriers before reaching the depletion layer and become heat, so they do not contribute to the photocurrent.
  • the inventor of the present invention injects minority carrier electrons into the p layer when a current is conducted in a forward direction with respect to a solar cell element having a silicon semiconductor power. They discovered that the electrons and holes emit light when they recombine in the p-layer. As a result of further intensive studies, we found that there is a one-to-one correspondence between the emission intensity and the minority carrier diffusion length distribution, among other characteristics. Therefore, the present invention has been completed in which current can be introduced into a solar cell element to emit light, and the photoelectric conversion performance of the solar cell element can be easily and accurately evaluated using the emission characteristics as an index.
  • a solar cell evaluation method is a solar cell evaluation method for evaluating the performance of a solar cell, and at least the solar cell (for example, a solar cell module or a solar cell element itself).
  • performance evaluation means the performance evaluation of the photoconductive effect and the Z or photovoltaic effect in the solar cell module and the solar cell element that is a constituent member thereof. is there. As described above, since the photoelectric conversion performance and the minority carrier diffusion length are closely related, the minority carrier diffusion length can also be evaluated.
  • introducing a direct current in the forward direction means, as shown in FIG. 2, biasing in a so-called forward direction to the p-type region side of the pn junction of the solar cell element.
  • an external voltage of positive (+) and negative (one) polarity By applying an external voltage of positive (+) and negative (one) polarity to the n-type region side, direct current can be conducted in the forward direction.
  • a conventionally known power source or the like can be suitably used, and is not particularly limited. Constant current source can be used.
  • a conventionally known light detection means capable of detecting the light emission characteristics of light from the solar cell element can be used, and the specific configuration thereof is not particularly limited.
  • a conventionally known photodetector such as a CCD camera can be used.
  • the light emission characteristics can be detected by detecting the light emission characteristics of the entire solar cell module at a time using a large-sized photodetector or a so-called line scanner with one-dimensional scanning. Only a light emission characteristic at a specific position of the solar cell module may be detected using a detector. That is, for the light detection step, the specific method is not particularly limited, and a conventionally known technique can be suitably used.
  • the term "luminescence characteristics" includes emission intensity and spectral characteristics (emission intensity of each spectrum).
  • the entire solar cell module is introduced by introducing current once.
  • Performance evaluation can be performed.
  • current is introduced once, current flows through all the solar cell elements constituting the solar cell module, and thus all the solar cell elements emit light.
  • instantaneous batch measurement of the luminescence in-plane distribution can also be performed.
  • the ability to increase a large area by a two-dimensional collective with a CCD and a one-dimensional line scanner is not limited to this.
  • the solar cell evaluation method in the light emission detection step, when the light emission intensity is larger than a predetermined value using the intensity of the light emission intensity of the detected light emission characteristics as an index.
  • the “predetermined value” can be set as appropriate and is not particularly limited. For example, if it falls below this value, sufficient photoelectric conversion performance cannot be obtained.
  • the average value of the light emission characteristics of a good solar cell element and Z or defective solar cell element produced in a manufacturing factory may be measured in advance, and this value may be set as a predetermined value. Good.
  • the light emission intensity may be numerically compared with a predetermined value! /, And a light emission characteristic such as a CCD camera as a photodetector for detecting the light emission characteristic.
  • a digital processing device is used as it is, the measured light emission intensity may be converted into a digital signal and compared with a predetermined value that has been digitalized in advance. That is, this determination step may be a step in which a determination is made by comparing the measured light emission characteristics with a preset reference value.
  • a conventionally known technique is preferably used. it can.
  • the diffusion length of minority carriers is calculated based on the emission intensity among the emission characteristics detected in the emission detection step, and the solar cell is used as an index.
  • a determination step for determining the performance of the battery module may be included. Specifically, as shown in FIG. 7 (b) and FIG. 11 of the examples described later, the diffusion length of the minority carrier and the emission specification (for example, emission intensity) have a correlation. As described above, the diffusion length of the minority carrier and the performance of the solar cell element are closely related.
  • the solar cell element to be evaluated by the solar cell evaluation method is not particularly limited as long as it is a solar cell element having a conventionally known semiconductor material as a main constituent component.
  • a silicon semiconductor as a main member.
  • “configured as a main member” means any other member or component provided that a silicon semiconductor is provided as a main component. It ’s a good idea.
  • silicon semiconductors are indirect transitions, light emission transitions (due to hot carriers, etc.) and bremsstrahlung emission are observed under special conditions (low temperature, high electric field applied, etc.).
  • Si integrated circuit product evaluation equipment is commercially available (sold by Hamamatsu Photonicus).
  • silicon semiconductors are indirect transitions, it has hardly been reported to emit light under normal conditions (conditions other than the special conditions described above) that are not originally suitable for electoric luminescence. Therefore, it is not used for LED.
  • GaAs is a material suitable for use for LEDs, and is inherently prone to electroluminescence.
  • GaAs and silicon semiconductor clearly have different properties. Therefore, even those skilled in the art cannot use the knowledge of GaAs as it is for silicon semiconductors.
  • the silicon semiconductor used for the solar cell element is preferably a monocrystalline, polycrystalline, or amorphous silicon semiconductor.
  • a solar cell element including a polycrystalline silicon semiconductor as a main constituent member is preferable.
  • a quality evaluation using the evaluation method according to the present invention is not possible. It will be very important.
  • the wavelength of light detected in the light emission detection step is, in particular, ⁇ ! By detecting light in the region of ⁇ 1300 ⁇ m with high sensitivity, the performance evaluation of solar cell elements made of silicon semiconductor can be performed more accurately.
  • the current intensity to be introduced in the current introducing step is substantially the same as the operating current of the solar electronic element.
  • operating current of the solar cell element means a current actually generated by photoelectric conversion when the solar cell element to be evaluated is irradiated with sunlight.
  • it is 5 to 40 mA Zcm 2 for a solar cell element made of silicon semiconductor, but it is not limited to this value, and it can be appropriately changed depending on the material composition of various solar electronic elements.
  • a reasonable numerical range within which the operational effects of the present invention can be achieved even outside the above numerical range is included in the technical scope of the present invention.
  • the performance can be evaluated more accurately by performing the evaluation under the actual operating conditions.
  • the solar cell evaluation method according to the present invention has been described assuming that the solar cell module is configured by connecting a large number of solar cell elements in series. Even when the solar cell module is configured by connecting a large number of solar cell elements in parallel, the evaluation can be performed for each region where the solar cell elements are connected in series.
  • the luminescence intensity is directly measured by a CCD camera or the like, for example, using a bandpass filter or the like for spectral distribution measurement or spectroscopy. It is also possible to perform detailed spectrum measurement with a measuring instrument and analyze these results together. In particular, when combined with the absolute measurement results of diffusion length by multi-wavelength spectral sensitivity, it is possible to analyze the distribution of absolute values. Even in this case, the present invention is characterized by not using probe light unlike the conventional one.
  • the solar cell evaluation method of the present invention compared with the conventional solar cell evaluation method, the solar cell element can be simply and accurately compared with the conventional solar cell evaluation method without requiring large facilities.
  • the photoelectric conversion performance can be evaluated.
  • the solar cell evaluation method or evaluation apparatus according to the present invention uses an electroluminescence method by forward current injection. Therefore, compared to conventional technology, for example, (0 scanning probe (electron beam, laser) is not required, and simple measurement can be performed.
  • (Iii) Under actual operating conditions (equivalent to 5-40mAZcm 2 injection conditions under sunlight) It is possible to perform evaluation, and it is possible to evaluate performance more accurately.
  • Iv It is possible to develop into detailed physical property analysis by spectral analysis, and so on.
  • the current intensity to be introduced is changed in the current introduction process, and the current intensity change in the current introduction process is changed in the light emission detection process. And detecting a change in the light emission characteristics of the light generated from the solar cell element, and further calculating a diode factor of the solar cell element based on the change in the current intensity and the change in the light emission characteristic. It can be a thing.
  • the range of the current intensity to be changed is preferably set under actual operating conditions (for example, 5 to 40 mAZcm 2 ).
  • a change in current intensity current density [mAZcm 2 ]
  • light emission characteristics For example, emission intensity
  • the slope of the graph represents the diode factor of the solar cell element.
  • the diode factor is more advantageous in terms of energy conversion efficiency as an ideal pn junction can be formed as the value power is closer to '1'. Therefore, if the slope of the graph is close to “1”, it can be judged that the performance of the solar cell element is good. On the other hand, as the slope goes away from “1” (becomes greater than 1), it can be judged that the performance is poor.
  • the present evaluation method may further include a step of evaluating the performance of the solar cell depending on whether or not the diode factor force is close to “1”. “Diffusion current” component is “1”, and other components (recombination current component, etc.) When mixed, the slope becomes larger than "1". For example, the slope is “2” if the only component to be mixed is the recombination current.
  • the solar cell evaluation method according to the present invention may determine whether the performance is good or bad as compared to the standard sample, in addition to the method described above. Specifically, for example, the evaluation method of the present solar cell is carried out on a standard sample that is bullied (or afterwards). Then, by comparing the evaluation result of the standard sample with the evaluation result of the evaluation target solar cell, the performance of the evaluation target solar cell can be evaluated easily and reliably.
  • the evaluation method of the present invention it is possible to perform a quantitative evaluation that is not only a qualitative evaluation. For example, it is possible to qualitatively evaluate the performance of a solar cell by confirming only the intensity of the emission intensity. On the other hand, the position information and numerical information of the solar cell element can be obtained by numerically calculating the emission characteristics. Quantitative evaluation can also be performed by strictly analyzing. It should be noted that a specific method of quantitative evaluation that can be used will be easily implemented by those skilled in the art based on the contents of this specification and the common general knowledge at the time of filing.
  • a solar cell evaluation device is a solar cell evaluation device for evaluating the photoelectric conversion performance of a solar cell, and is directed to a direct current in a forward direction with respect to the solar cell elements constituting the solar cell.
  • a current introduction part for introducing light
  • a light emission detection part for detecting the light emission characteristics of light generated from the solar cell element by introducing a current through the current introduction part,
  • Other specific configurations, sizes, shapes, etc. are not particularly limited as long as they are provided.
  • the current introduction unit may be any current introduction means that can apply a so-called DC bias for injecting a DC current in the forward direction to the solar cell element.
  • a structure etc. are not specifically limited. That is, it can be said that this current introduction means may be any means that executes the “current introduction step” described in the section ⁇ 1> above.
  • a conventionally known constant current source or a constant voltage source can be used.
  • the current introduction section introduces a current having substantially the same strength as the operating current of the solar cell element.
  • the specific configuration of the light emission detection unit is not particularly limited as long as it is a light emission detection unit capable of detecting the light emission characteristics when the solar cell element emits light by being forward-biased. It is not limited.
  • the light emission detection unit may be any unit that executes the “light emission detection step” described in the section ⁇ 1>.
  • a conventionally known photodetector such as a CCD camera image intensifier can be suitably used.
  • the “luminescence characteristics” have the same meaning as described above.
  • the solar cell evaluation apparatus can be said to be for executing the “solar cell evaluation method” described in the section ⁇ 1> above.
  • the evaluation target of the solar cell evaluation apparatus according to the present invention is not particularly limited, and can be used in general for semiconductor solar cells as in the above-described method. It is preferable to target what is provided as a structural member. In the case of a solar cell element using such a silicon semiconductor, since light emission of 1000 nm to 1300 nm is observed in particular, the light emission detection unit can detect light having a wavelength in this region (near infrared region). I prefer to be! /
  • the solar cell evaluation apparatus evaluates the light emission characteristics detected by the light emission detector when the light emission intensity is greater than a predetermined value using the intensity of the light emission intensity as an index. It is preferable to include a determination unit (determination unit) that determines that the evaluation is bad and the evaluation is bad when the emission intensity is smaller than a predetermined value.
  • the specific configuration of the determination unit is not particularly limited as long as it executes the “determination step” described in the section ⁇ 1>.
  • a conventionally known arithmetic unit such as a computer can be suitably used.
  • the “predetermined value” here is synonymous with the column ⁇ 1> above, and the description thereof is omitted here.
  • the solar cell evaluation apparatus is a one-dimensional scanning mechanism such as a line scanner.
  • a scanning unit scanning unit having a mechanism capable of two-dimensional scanning may be provided.
  • the scanning unit may be provided in the evaluation device, or conversely, may be provided in the solar cell element to be evaluated.
  • the upward force of the solar cell element without scanning by the scanning unit can be evaluated at one time, or only a part of the solar cell module can be evaluated.
  • the diffusion length of minority carriers is calculated based on the emission intensity among the emission characteristics detected by the emission detection unit, and the diffusion length is calculated.
  • a determination unit determination means for determining the performance of the solar cell module may be provided.
  • This determination unit can be said to be a determination means for implementing the determination method described in the section ⁇ 1> above. Therefore, the above ⁇ 1> column can be taken into consideration for the specific contents of this measure.
  • the current introduction unit changes a current intensity to be introduced
  • the light emission detection unit changes a current intensity in the current introduction unit. Accordingly, a change in the light emission characteristic of the light generated from the solar cell element is detected, and the diode factor of the solar cell element is further determined based on the change in the current intensity and the change in the light emission characteristic.
  • It may have a calculation part (calculation means) for calculating.
  • the calculation unit a conventionally known arithmetic unit or the like may be suitably used as long as it is a calculation unit for performing the evaluation method described in the section ⁇ 1>. Therefore, the above ⁇ 1> column can be taken into consideration for the specific contents performed by this calculation unit.
  • the evaluation apparatus may further include an evaluation unit that evaluates the performance of the solar cell depending on whether or not the diode factor force is close to “1”.
  • the solar cell evaluation apparatus 10 is A box 1, a light emission detection unit 12, a comb probe 4, a copper plate 5, a DC power supply 6 and a determination unit 20 are provided. Further, the solar cell element 7 is an evaluation target.
  • the solar cell element 7 may be a module in which a plurality of solar cell elements are connected.
  • the dark box 1 is for forming a dark state for facilitating detection of the light emission characteristics of the solar cell element 7.
  • the B sound box 1 has a window hole. This window hole is used when evaluating a solar cell module or panel provided in the vertical direction.
  • the light emission detection unit 12 functions as a light emission detection unit having a CCD camera power, and includes a cooled CCD ( ⁇ 50 ° C.) 2 and a lens 3.
  • the light emission detection unit 12 is formed so as to be rotatable by 90 °. Thereby, the solar cell module provided in the vertical direction can be evaluated. Note that a normal lens or a zoom lens can be used as the lens.
  • the entire picture can be taken for each cell.
  • Module (1200 mm x 800 mm) can be shot c
  • a CCD camera is installed on the top of the solar cell element for shooting.
  • the solar cell module is installed in the box 1 Install outside and rotate the CCD camera 90 ° to measure and measure.
  • the size (cell size) of the solar cell element 7 to be evaluated in the normal photographing mode is, for example, size: about 10, 20, 100, 150, 160, 200 mmO, thickness: 0. The one below 3mm can be used.
  • the distance between the lens 3 of the light emission detection unit 12 and the solar cell element 7 is set to 150 mm or more and within 400 mm, and the light emission detection unit 12 is between the solar cell element 7. It is preferable to be installed so that it can move up and down.
  • the comb probe 4 is a surface contact for applying a current to the solar cell element 7. .
  • the comb probe 4 is composed of a pair of comb-shaped probes, and one comb corresponds to one electrode of the solar cell element constituting the solar cell element 7. It is preferable that the probe has a comb structure because a current can be uniformly applied to the solar cell element 7.
  • the comb probes used for 100, 150, and 200 mm locells may have different lengths of the pass bar electrodes and widths between the electrodes.
  • a pair of Atosystem comb probes can be used.
  • the width interval between the two comb probes is configured to be adjustable.
  • the distance between the “combs” in the comb-shaped probe is not particularly limited, but may be, for example, 9 mm.
  • the thickness of one comb of the probe can be lmm.
  • One comb probe is preferably used for each electrode.
  • the solar cell element has a 10 and 20 mm aperture, it is possible to use one probe from a positioner without using a comb probe!
  • the copper plate 5 functions as a back contact.
  • a gold-plated copper plate can be used.
  • the entire surface of the solar cell element 7 is preferably sucked.
  • the groove size include 8 mm mouth, 18 mm mouth, 98 mm mouth, 148 mm mouth, and 195 mm mouth.
  • a normal DC power supply (lmA to 50A) can be used.
  • the voltage may be about 5V when evaluating solar cell elements or solar cell elements, but is preferably about 100V when evaluating solar cell modules.
  • the comb probe 4, the copper plate 5, and the DC power source 6 function as a current introduction unit 11.
  • the comb probe 4 is fixedly connected to the negative side of the DC power source 6, and the copper plate 5 is fixedly connected to the positive side of the DC power source 6.
  • the determination unit 20 functions as a determination unit that evaluates the performance of the solar cell element 7.
  • an image processor is used.
  • the software is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.
  • software having the following configuration is preferably used.
  • ⁇ Capable of acquiring high-sensitivity images (image intensifier camera), for example, capable of measuring emission when reverse current is applied.
  • a light emission detection unit 12 In the dark box 1, a light emission detection unit 12, a comb probe 4, a copper plate 5, and a solar cell element 7 are installed.
  • the light emission detector 12 is installed at a position where the light emission characteristics of the solar cell element 7 can be detected. In the case of the present embodiment, the light emission detector 12 is provided on the top of the solar cell element 7.
  • the evaluation operation of the solar cell evaluation apparatus 10 will be described. First, current is introduced into the solar cell elements constituting the solar cell element 7 by the current introduction unit 11. In response, the solar cell element emits light.
  • the light emission detector 12 detects the light emission characteristics of the solar cell element (in the present embodiment, the light emission intensity).
  • the light emission detection unit 12 and the determination unit 20 are connected, and the detection result of the light emission detection unit 12 is sent to the determination unit 20.
  • the determination unit 20 evaluates the performance of the solar cell elements constituting the solar cell element 7 based on the detection result.
  • the solar cell evaluation apparatus of the present invention it is described in the section ⁇ 1>.
  • the solar cell evaluation method can be carried out simply and reliably. In this case, like a conventional evaluation device, a large and complex device can accurately evaluate the performance of the solar cell element with simple equipment necessary.
  • the power that has been described mainly for solar cell elements, solar cell element evaluation devices and evaluation methods, and the present invention is not limited to this.
  • the intensity and voltage of the applied current, the shape of the probe, and the like can be appropriately changed as necessary.
  • the forward current may be set to be a total current corresponding to 1 to 80 [mAZcm 2 ] per solar cell element.
  • the solar cell module may be installed in the vertical direction, and the light emission detection unit 12 in FIG.
  • the solar cell evaluation method and evaluation apparatus according to the present invention are simpler and more accurate than the conventional solar cell evaluation method and evaluation apparatus, requiring a large amount of equipment.
  • the photoelectric conversion performance can be evaluated.
  • the solar cell evaluation method or evaluation apparatus according to the present invention is compared with the conventional technique.
  • a business model such as a maintenance method or maintenance system that regularly evaluates solar cells installed in a structure for reasons such as Can do.
  • the above-described solar cell evaluation apparatus performs the evaluation of the solar cell module installed in the structure, and the determination unit is configured to evaluate the solar cell module. Based on the results, in the solar cell module, the step of determining whether or not there is a solar cell element having a performance lower than a predetermined value, and the replacement instruction means force.
  • the present invention also includes a maintenance system for executing the maintenance method.
  • a maintenance system according to the present invention includes a solar cell whose performance is lower than a predetermined value in the solar cell evaluation device described above and a solar cell module installed in a structure based on the evaluation result of the evaluation device. Instructs the solar cell element replacement operator via the communication network to replace the determination device that determines whether or not the element exists and the solar cell element whose performance is lower than the predetermined value. As long as it is equipped with a replacement instruction device.
  • the phrase "solar cell module installed in a structure" is already installed in a residential facility such as a house or apartment, or in a commercial facility such as a shopping mall or office building.
  • a solar cell module manufacturing plant solar cells that are being manufactured or have just been manufactured and that are installed in structures are excluded.
  • FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing an example of the maintenance system according to the present embodiment.
  • a maintenance system 100 according to the present invention includes an evaluation device 10, a determination device 20, and a replacement instruction device 30.
  • the evaluation device 10 includes a current introduction unit 11 and a light emission detection unit 12.
  • the exchange instruction device 30 is connected to the exchange operator's terminal 50 via the communication network 40. Note that the communication network 40 and Z or the terminal 50 of the exchange operator may be included in the maintenance system, or may use any external network or any terminal.
  • the current introduction unit 11 functions as the above-described current introduction means, and executes the above-described current introduction step.
  • the light emission detection unit 11 functions as the above-described light emission detection means, and executes the light emission detection step.
  • the determination device 20 Based on the evaluation result of the evaluation device, the determination device 20 has a solar cell element whose performance is lower than a predetermined value in the solar cell module installed in the structure. It is used to determine whether or not the force is sufficient, and a conventionally known arithmetic unit such as a computer can be preferably used.
  • the replacement instruction device 30 instructs the replacement operator of the solar cell element over the communication network to replace the solar cell element whose performance is lower than the predetermined value!
  • a computing device such as a computer that can be connected to a communication line such as the Internet can be used.
  • determination device 20 and the replacement instruction device 30 are described as separate devices in the present embodiment, it goes without saying that one computer can be used as the determination device and the replacement instruction device. .
  • the communication network 40 may be, for example, a dedicated line using a wire, or a line such as the Internet. It is also possible to use a network using a mobile phone line or wireless for IJ.
  • the terminal 50 of the exchange operator is preferably a terminal that can recognize the exchange instruction from the exchange instruction device 30, and preferably a display unit (for example, a display such as a CRT or an LCD) or an output unit (for example, A printer).
  • a display unit for example, a display such as a CRT or an LCD
  • an output unit for example, A printer
  • FIG. 4 shows an example of the flow of the maintenance system according to the present embodiment.
  • the current introduction part 11 of the evaluation device 10 performs a current introduction process on the solar cell module to be maintained (Step 1, the steps below are referred to as “S”). To describe).
  • the light emission detection unit 12 in the evaluation device 10 detects the light emission characteristics of the light that also has the solar cell power generated by the process of S1 (S2).
  • the determination device 20 is installed in the structure based on the detection result of the light emission detection unit 12, and the performance of the solar cell module is lower than a predetermined value in the solar cell module. It is determined whether or not the child has power (S3).
  • S4 when the determination device 20 determines that there is a solar cell element whose performance is lower than the predetermined value ("Y"), the process proceeds to S5.
  • the exchange instruction device 30 notifies the exchange operator's terminal 50 via the communication network 40 of the exchange of the solar cell element having deteriorated performance, and the process is terminated.
  • the solar cell maintenance method or maintenance system of the present invention it is possible to easily evaluate the quality of a solar cell using a simple evaluation device that does not require the use of a large device.
  • Solar cell module already installed in the structure Even so, regular maintenance can be performed. For this reason, the quality of the solar cell module can be maintained at a certain level.
  • the photoelectric conversion efficiency of the entire solar cell module is inspected, and the conversion efficiency of the solar cell element at any position of the module is determined.
  • the power of bad cannot be analyzed in detail. For this reason, even if it is found that the performance of the solar cell module is deteriorated, it is necessary to replace the entire solar cell module type, which is very wasteful.
  • the present invention can be applied to a maintenance method that contributes to the spread of solar cell modules that are not merely used for product inspection when manufacturing solar cell modules.
  • the present invention is extremely useful in terms of the global environment as well as being useful in one industry.
  • the present invention for example, in the absence of external light (for example, at night or in a dark room), light emission from a solar cell is photographed with an infrared CCD camera, and the density of the image after the photographing is measured. Maintenance can also be performed by comparing with standard data that has been determined in advance (comparison processing by information processing using a computer, etc.). In this case, for example, if a portion where the emission intensity is reduced (for example, a white portion) is present at a certain ratio or more, it can be determined that it is time to replace the solar cell element.
  • a portion where the emission intensity is reduced for example, a white portion
  • each block of the maintenance system such as the evaluation device, determination device, replacement instruction device (hereinafter simply referred to as “evaluation device”) may be configured by hardware logic, and So it can be realized by software using CPU.
  • the evaluation device or the like develops a CPU (central processing unit) that executes instructions of a control program that implements each function, a ROM (jead only memory) that contains the program, and the program.
  • RAM random access memory
  • a storage device such as a memory for storing the program and various data.
  • An object of the present invention is to provide program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program such as an evaluation apparatus which is software that realizes the above-described functions.
  • the recording medium includes, for example, a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk Z hard disk, and an optical disk such as CD-ROMZMOZ MD / DVD / CD-R.
  • a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape
  • a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk Z hard disk
  • an optical disk such as CD-ROMZMOZ MD / DVD / CD-R.
  • Disk systems IC cards (including memory cards) Z optical cards and other card systems, or mask ROMZEPROMZEEPROMZ flash ROM and other semiconductor memory systems can be used.
  • the evaluation apparatus 10 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network.
  • the communication network is not particularly limited.
  • the Internet intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network. Satellite communication networks can be used.
  • the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited.
  • IEEE1394, USB power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc. (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, etc.
  • the present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave, in which the program code is embodied by electronic transmission.
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing the state of light emission of the Si solar cell element
  • FIG. 5 (b) is a diagram showing the diffusion length of minority carriers (electrons) in the Si solar cell element.
  • Fig. 5 (a) when current is injected into the Si solar cell element, it can be seen that the Si solar cell element emits strong light.
  • the part that looks whitish is the area that emits strong light
  • the part that appears black is the area that emits weak light (in the case of a color image, the part that turns red is emitting strongly, and the yellowish blue part Is the weak emission part).
  • regions A to F surrounded by a wavy line in FIG. 5A are weak emission regions.
  • Fig. 5 (b) shows the distribution of minority carrier diffusion lengths.
  • the regions that appear gray are regions with a long diffusion length, and the regions that appear whitish and those that appear black have a short diffusion length. (In the case of a color image, the diffusion length becomes longer as it approaches red and orange, and the diffusion length becomes shorter as the color approaches bluish purple).
  • regions A to F surrounded by a wavy line in FIG. 5B are regions where the diffusion length is short.
  • Spectral characteristics were measured according to the operation manual using a spectroscope (M50 manufactured by JASCO Corporation) and a germanium detector (EI-L manufactured by EDINBURGHINSTRUMENT).
  • FIG. 7 (b) shows the result of analyzing the relationship between the diffusion length of the Si solar cell element and the emission intensity.
  • Figure 7 (b) shows the results when the magnitude of the current to be introduced is varied.
  • Figure 11 shows the results of analyzing the relationship between diffusion length and emission intensity as another graph.
  • the upper two straight lines are shown using the left vertical axis, and only the lower one is shown using the right vertical axis. This is because the emission hit changes in a wide range.
  • the emission intensity and the diffusion length are in a proportional relationship.
  • the solar cell evaluation method and the like according to the present invention can be used not only for quality inspection performed when manufacturing a solar cell module, but also for periodic maintenance of installed solar cell modules. There is a wide range of industrial applicability beyond mere inspection equipment.

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Abstract

　シリコン半導体を主用部材とする太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程と、上記電流導入工程によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程と、を含む方法によれば、大型の設備を要することなく、簡便かつ正確に太陽電池の光電変換性能について評価することができる。

Description

明 細 書
太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用
技術分野
[0001] 本発明は、大型の検査機器等を用いることなぐ簡便かつ正確に太陽電池の光電 変換性能についての評価を行うための太陽電池の評価方法及び評価装置並びにそ の利用に関し、特に、太陽電池 (例えば、太陽電池モジュール又は太陽電池パネル 、もしくは太陽電池素子そのもの）を構成する太陽電池素子に電流を導通させ、その 際に生じる発光特性を解析することによって簡便かつ正確に太陽電池の光電変換性 能についての評価を行うための太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用 に関するものである。
背景技術
[0002] 地球環境を保全するために太陽エネルギーの利用が進み、一般のビルや家庭の 屋根や壁にも太陽電池を複数接続した太陽電池素子カゝらなる太陽電池モジュール の敷設が進みつつある。し力しながら、 Si (シリコン)等力もなる太陽電池は、高コスト のために思うように普及できて ヽな 、。
[0003] 太陽電池が高コストである原因の一つに、太陽電池モジュールに対して太陽光を 照射した際の出力特性の検査工程、すなわち太陽電池モジュールの品質を評価す る工程の存在が挙げられる。この太陽電池モジュールの出力特性を評価する工程は 、太陽電池モジュールの製造後の検査や太陽電池の研究開発にお 、て行われる重 要な測定項目である。
[0004] 一般的に、太陽電池へ直接太陽光を照射して太陽電池モジュールの出力特性の 評価することは、天候により強度が変動する等の理由により、困難である。このため、 通常、太陽電池モジュールの出力特性の評価工程においては、実際の太陽光の替 わりに、主に Xe (キセノン)ランプゃノヽロゲンランプを使用した光源、いわゆるソーラシ ミュレータが太陽電池の出力特性評価用の光源として用いられている（例えば、特許 文献 1参照)。また、上述した Xeランプやハロゲンランプ以外の光源として、 LEDを用 いて太陽電池を評価する方法も開発されている（例えば、特許文献 2参照)。 [0005] また、上記ソーラシミュレータ以外で太陽電池の性能を評価する方法として、電子 線やレーザビームを用い、誘起される電流や電圧を測定し少数キャリア拡散長なら びに欠陥（粒界粒内）を解析する方法、いわゆる EBIC (Electron Beam Induced Curr ent)や LBIC (Laser Beam Induced Current)が広く用いられている。
[0006] 上述した EBICや LBICによれば、太陽電池の局所的な電気的活性度や少数キヤリ ァの拡散長を測定'評価することができる。そして、その結果を用いることにより、太陽 電池の変換効率や品質を評価することができる (非特許文献 1参照)。
[0007] さらに、太陽電池は pn接合を有し発光ダイオード (LED)とほぼ同様の構造である ことから、 LEDに一般的に用いられるガリウムヒ素系単結晶半導体力 なる太陽電池 素子 (InGaP/GaAs)が開発されている。そして、このようなガリウムヒ素系単結晶半導 体力 なる太陽電池素子に対して、順方向にバイアスすることでエレクト口ルミネッセ ンス (EL)を生じさせ、その ELを観察すること〖こより、電流密度分布の不均一から生 じる EL強度面内不均一性の評価、及び pn接合をリークさせる欠陥の評価を行う技術 が報告されている (例えば、非特許文献 2、 3)。
〔特許文献 1〕
特開 2002— 48704号公報 (公開日：平成 14 (2002)年 2月 15日）
〔特許文献 2〕
特開 2004— 281706号公報 (公開日：平成 16 (2004)年 10月 7日）
〔非特許文献 1〕
N. bakitani, et al., Evaluation of Recombination Velocity at urain Boundaries in P oly-Si Solar Cells with Laser Beam Induced Current" Solid State Phenomena Vol. 93 (2003), pp.351— 354
〔非特許文献 2〕
Tatsuya Takamoto, et al., "STUDY ON PERFORMANCE UNIFORMITY OF InGa P/GaAs TANDEM SOLAR CELLS BY USING PHOTLUMINESCENCE AND ELEC TROLUMINESCENCE TECHNIQUES", presented at the 14th European Photovolta ic Solar Energy Conference, 30 June - 4 July, 1997 in Barcelona, Spain
〔非特許文献 3〕 高本達也著、博士（工学)学位論文、「InGaP/GaAsタンデム構造太陽電池の高効 率化とその物性に関する研究」、豊田工業大学大学院工学研究科 1999年 1月提 出
し力しながら、上述したソーラシミュレータや EBIC、 LBICの装置は、大がかりの装 置が必要であるため、高額の設備投資が必要となる。また、装置を稼動して行う実際 の評価方法も複雑であるという問題がある。すなわち、太陽電池素子の性能を評価- 測定する測定器自体が高額であること、及び測定に時間が力かること等の理由から、 太陽電池の製造コストのうちの評価に要するコストが低下しないという問題がある。
[0008] また、ソーラシミュレータを用いて、太陽電池の出荷検査する場合、太陽電池モジュ ール全体の出力電流 ·出力電圧を測定することになる。この場合、太陽電池モジユー ル全体の光電変換効率について検査することになり、モジュールのどの位置の太陽 電池素子の変換効率が悪 、の力を詳細に解析できな 、。
[0009] さらに、 EBICや LBICの装置では、例えば、電子線を照射するために電子顕微鏡 力 レーザビームを照射するために多波長光源が必要であるという設備上の制限も 多く、容易に太陽電池モジュールの評価方法を実施できな 、と 、う問題がある。
[0010] また、 EL法を用いることにより、 InGaP/GaAsの単結晶からなる太陽電池素子につ いて、 EL強度面内不均一性の評価及び pn接合をリークさせる欠陥の評価を行う技 術は開発されている力 太陽電子素子として現在最も汎用されているシリコン系材料 を用いた太陽電池素子につ!、ての性能評価の技術は、未だ開発されて!、な 、。
[0011] そもそも InGaP/GaAsは、もともと LED材料として汎用されているものであり、順方向 にバイアスすることにより容易に発光することは周知の事実であるから、 EL法を用い て性能評価を行うという発想は比較的得やすい。し力しながら、シリコン半導体は、間 接遷移でありながら特殊な条件下 (低温下、高電界印加下など)では、発光遷移 (ホ ットキャリアなどによる）や制動輻射による発光が観測され、物性や機能評価には使 用されていることがわずかに報告されているのみであり、シリコン半導体が上記特殊 条件以外の通常条件では発光すると!/、う事実は一切報告されて!、な 、。それゆえ、 シリコン半導体は、 LED等の発光材料として用いられて ヽな 、。
[0012] このように、シリコン半導体の発光特性は十分とは言えず、明らかに GaAsとその性 質が異なるため、シリコン半導体力 なる太陽電池素子の性能評価に関して、 InGaP /GaAsにおける知見をそのまま用いることはできな！、。
[0013] また、上記非特許文献 2、 3に開示されている InGaP/GaAsに関する知見は、ガリウ ムヒ素系半導体の単結晶からなる太陽電池素子についてのものである。ここで、単結 晶の半導体では通常電子物性に面内分布がなぐ一様に素子を形成できるため、評 価はそれほど困難ではない。しかし、多結晶の半導体を用いる場合、面内分布が生 じるため、素子性能が大きく左右され、単結晶に比べてより精密な評価が必要となる
[0014] したがって、大が力りな設備を要することなぐ簡便かつ正確に太陽電池モジユー ルの光電変換性能について評価することができる太陽電池の評価方法及び評価装 置並びにその利用の開発が強く求められていた。特に、シリコン多結晶太陽電池は 実用化が急展開しており、その高性能化に資する太陽電池の評価方法等の開発が 急務となっている。
発明の開示
[0015] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型の設備を 要することなぐ簡便かつ正確に太陽電池モジュールの光電変換性能について評価 することができる太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用を提供すること にある。
[0016] 本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、単結晶及び Z又は 多結晶の半導体シリコンに対して、順方向電流を注入したところ、室温下の通常のキ ャリア注入条件においてもルミネセンスが観測されることを見出し、かつ、その発光強 度が光電変換性能に大きな影響を及ぼす少数キャリアの拡散長の分布と 1： 1で対応 しているという新事実を実験的に確認し、本願発明を完成させるに至った。本発明は 、力かる新規知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を包含する。
( 1)太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、上記太陽電池を構 成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する電流導入工程と、上 記電流導入工程によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する 発光検出工程と、を含み、上記太陽電池素子は、シリコン半導体を主要部材として構 成されるものである太陽電池の評価方法。
(2)さらに、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度の強弱を 指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強 度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定工程を含む（1)に記載 の太陽電池の評価方法。
(3)さらに、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度に基づい て、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判 定する判定工程を含む（1)に記載の太陽電池の評価方法。
(4)上記電流導入工程において導入する電流強度は、上記太陽電子素子の作動電 流と略同じ強度である（1)〜（3)のいずれかに記載の太陽電池の評価方法。
(5)上記電流導入工程において導入する電流強度を変化させ、かつ、上記発光検 出工程において、上記電流導入工程における電流強度の変化に応じて、上記太陽 電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するとともに、さらに上記電流強度 の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を 算出する工程を有する（1)に記載の太陽電池の評価方法。
(6)上記シリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはアモルファスのシリコン半導体で ある（1)〜（5)の 、ずれかに記載の太陽電池の評価方法。
(7)上記発光検出工程にて検出する光の波長が、 ΙΟΟΟηπ！〜 1300nmの領域の光 である（1)〜（6)のいずれかに記載の太陽電池の評価方法。
(8)太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって
、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる 電流導入手段と、上記電流導入手段により電流が導入されることによって、上記太陽 電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出手段と、を備え、上記太陽電 池素子は、シリコン半導体を主要部材として構成されるものである太陽電池の評価装 置。
(9)さらに、上記発光検出手段によって検出された発光特性のうち、発光強度の強 弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光 強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定手段を備える（8)に 記載の太陽電池の評価装置。
(10)さらに、上記発光検出手段によって検出した発光特性のうち、発光強度に基づ いて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を 判定する判定手段を備える (8)に記載の太陽電池の評価装置。
(11)上記電流導入手段は、導入する電流強度を変化させるものであり、かつ、上記 発光検出手段は、上記電流導入手段における電流強度の変化に応じて、上記太陽 電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するものであるとともに、さらに、上 記電流強度の変化および発光特性の変化に基づ!、て、上記太陽電池素子のダイォ ード因子を算出する算出手段を有する (8)に記載の太陽電池の評価装置。
(12)上記 (8)〜（11)の ヽずれかに記載の太陽電池の評価装置が、構造物に設置 されている太陽電池の評価を実行する工程と、判定装置が、上記太陽電池の評価の 結果に基づき、上記太陽電池において、所定の値より性能が低下している太陽電池 素子が存在する力否かを判定する工程と、交換指示装置が、上記所定の値より性能 が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の 交換事業者に対して指示する工程と、を含む太陽電池のメンテナンス方法。
(13)上記（8)〜（11)のいずれかに記載の太陽電池の評価装置と、上記評価装置 の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池において、所定の値より性 能が低下して 、る太陽電池素子が存在するか否かを判定する判定装置と、上記所 定の値より性能が低下して 、る太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、 太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装置と、を備える太陽電池 のメンテナンスシステム。
(14)上記（1)〜（7)のいずれかに記載の太陽電池の評価方法を一工程として含む ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
なお、上記太陽電池の評価装置における判定手段の他、メンテナンス方法'メンテ ナンスシステムの各機能ブロック (例えば、判定装置、交換指示装置）は、コンビユー タによって実現してもよぐこの場合には、コンピュータを上記各手段として動作させる ことにより上記評価装置等をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及びそれを 記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 [0018] 本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置によれば、順方向電流注入によ るエレクトロルミネセンス法を用いているため、従来の太陽電池の評価方法や評価装 置に比べて、大が力りな設備を要することなぐ簡便かつ正確に太陽電池の光電変 換性能について評価することができるという効果を奏する。
[0019] さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置は、従来の技術に比べて 、例えば、（0走査プローブ (電子線、レーザ）が不要であり、簡便な測定を行い得る、 ( ii)大型の設備が不要なため、製品状態 (製造工場で完成した状態、又は構造物に設 置された状態)で観察'評価を行うことが可能である、等の理由により、構造物に設置 されている太陽電池の評価を定期的に行う、メンテナンス方法又はメンテナンスシス テムと ヽつたビジネスモデルを構築することもできる。カゝかるメンテナンス方法又はメン テナンスシステムによれば、今までほとんど行われていな力つた、構造物に設置済み の太陽電池の定期的なメンテナンスを行うことができる。さらに、性能の低下した太陽 電池素子のみを選択して交換することができ、太陽電池モジュール全体を交換する 必要がなぐ非常に効率的かつ低コストである。
[0020] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十 分わ力るであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白にな るであろう。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]太陽電池モジュールの基本的な構成及び動作原理について模式的に示す図 である。
[図 2]太陽電池素子に対して、順方向に電流を導入する様子を模式的に示す図であ る。
[図 3]本実施の形態に係るメンテナンスシステムの一例を模式的に示した機能ブロッ ク図を示す図である。
[図 4]本実施の形態に係るメンテナンスシステムのフローの一例を示す図である。
[図 5(a)]電流を注入した際の S汰陽電池素子の発光の様子を撮影した画像を示す 図である。
[図 5(b)]電流を注入した際の Si太陽電池素子の少数キャリア (電子)の拡散長を示す 図である。
[図 6]Si太陽電池素子に電流を注入した場合の発光強度（EL intensity)と太陽電池 モジュール力 発せられた光の波長（Wavelength)を解析した結果を示す図である。 圆 7(a)]Si太陽電池素子に対して注入する電流の大きさと発光強度の関係を検討し た結果を示す図である。
圆 7(b)]S汰陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を示す図で ある。
[図 8]単結晶の Si太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光の様子をとらえ た画像を示す図である。
[図 9]単結晶の Si太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光強度を調べた 結果を示す図である。
圆 10]本実施の形態に係る太陽電池の評価装置を模式的に示す図である。
[図 11]図 7 (b)の結果のうち、特に、導入電流の大きさ（Forward Current)が 6mAZc m2, 13. 5mA/cm2, 18. 7mAZcm2の場合について、 Si太陽電池素子の拡散長 と発光強度との関連性を解析した結果を別のグラフとして示す図である。
[図 12]単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを用いた太陽電池素子に関して、電流密 度を変化させた場合の発光強度 (EL強度)の変化を調べた結果を示す図である。 符号の説明
[0022] 10 評価装置
11 電流導入部 (電流導入手段）
12 発光検出部 (発光検出手段）
20 判定装置 (判定装置、判定手段）
30 交換指示装置
40 通信ネットワーク
100 メンテナンスシステム
発明を実施するための最良の形態
[0023] 本発明の一実施形態について以下に詳細に説明する。
[0024] < 1.太陽電池の評価方法 > 図 1を用いて、太陽電池モジュールの基本的な構成及び動作原理について簡単に 説明する。ここでは、説明の便宜のため、シリコン半導体製の太陽電池素子を例に挙 げて説明する。なお、本明細書において、文言「太陽電池素子」とは、光導電効果及 び Z又は光起電力効果によって光を受けて電流を発生させる最小構成単位の意で あり、例えば、 10cm〜15cm角のものが挙げられる。また、「太陽電池モジュール」と は、この太陽電池素子が複数連結されて構成されているものいい、例えば、上記太 陽電池素子を 10〜50枚程度連結した、 0. 5m〜lm角程度のものを挙げることがで きる。なお、本明細書では「太陽電池モジュール」の中には、モジュールの集合体で ある「太陽電池パネル」を含む。また、単に「太陽電池」と称した場合は、太陽電池素 子，太陽電池モジュール，または太陽電池パネルのいずれ力、あるいはその全てを 表すものとする。
[0025] 同図に示すように、シリコン半導体力もなる太陽電池素子は、 p型シリコン層（以下「 P層」）の表面に薄 、n型シリコン層（以下「n層」）が形成されて!ヽる構成である（なお、 ここでは図示しないが、例えば、 p+Zn型の太陽電池素子も存在し、同様に本発明を 適用することができる）。ここで、 Lは n層での少数キャリアである正孔の拡散長、 Lは
P n p層での少数キャリアである電子の拡散長、 Wは pn接合により形成された空乏層幅（ 電子も正孔も存在せずに、電界が存在する領域)である。拡散長は、簡単には光で 生成された少数キャリアが多数キャリアと再結合して消滅せずに移動 (拡散)できる距 離である。
[0026] 光は n層の表面から照射される。この n層には多数のドナーが含まれているため、 L
P
は短くなる。そのため、 n層は薄くし、光の吸収はほとんど p層で行う。図 1の空乏層端 力 Lの範囲内で光により生成された電子 '正孔対のうち、少数キャリアの電子は左 方向に拡散し、空乏層に達することができる。この電子は、空乏層内の電界で n層側 に移動し、光電流となる。一方、 Lより離れたところで光により生成された電子 '正孔 対の電子は、空乏層に達するまでに多数キャリアの正孔と再結合し、熱になるため、 光電流に寄与しない。
[0027] このため、 p層の少数キャリアである電子の拡散長が長ければ長いほど、太陽電池 素子の深部で生成した電子も電流に寄与することになり、光電変換性能が向上する といえる。このように、太陽電池素子において、少数キャリア (電子）の拡散長と光電 変換性能とは密接に関連している。
[0028] ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、シリコン半導体力もなる太陽電池素子に対 して、電流を順方向に導通させると、 p層に少数キャリアの電子を注入することになり 、その電子と正孔とが p層のなかで再結合することにより発光することを発見した。そ して、さらに鋭意検討を重ねた結果、その発光特性のなかでも特に発光強度と少数 キャリアの拡散長の分布とが 1対 1で対応している関係を見出した。したがって、太陽 電池素子に電流を導入し発光させ、その発光特性を指標として、当該太陽電池素子 の光電変換性能を簡便かつ正確に評価することができるという本願発明を完成させ た。
[0029] すなわち、本発明に係る太陽電池の評価方法は、太陽電池の性能評価を行う太陽 電池の評価方法であって、少なくとも、上記太陽電池（例えば、太陽電池モジュール 、若しくは太陽電池素子そのもの）を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直 流電流を導入させる電流導入工程と、上記電流導入工程によって、上記太陽電池素 子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程と、を含む方法であればよい。 すなわち、上記工程以外の具体的な工程、材料、条件、使用する機器'装置等は特 に限定されるものではなぐ従来公知の方法等を好適に利用可能である。
[0030] ここで、本明細書中、文言「性能評価」とは、太陽電池モジュールやその構成部材 である太陽電池素子における光導電効果及び Z又は光起電力効果についての性 能評価の意である。また、上述したように、光電変換性能と少数キャリアの拡散長とは 密接に関連しているため、少数キャリアの拡散長の評価を行うこともできる。
[0031] 電流導入工程において、「順方向に直流電流を導入」とは、図 2に示すように、いわ ゆる順方向にバイアスすることであり、太陽電池素子の pn接合の p型領域側に正（ + )、 n型領域側に負（一）の極性の外部電圧を印加することにより、順方向に直流電流 を導人させること〖こなる。
[0032] 本工程において、太陽電池素子に対して電流を導通させるための装置としては、 従来公知の電源等を好適に利用することができ、特に限定されるものではないが、例 えば、一般的な定電流源を用いることができる。 [0033] また、発光検出工程では、太陽電池素子からの光の発光特性を検出できる従来公 知の光検出手段を用いることができ、その具体的な構成等は特に限定されるもので はない。例えば、 CCDカメラ等の従来公知の光検出器を用いることができる。また、 発光特性の検出は、大型の光検出器や 1次元走査の 、わゆるラインスキャナを用い て、 1度に太陽電池モジュール全体の発光特性を検出してもよいし、また、小型の光 検出器を用いて、太陽電池モジュールの特定の位置の発光特性のみを検出してもよ い。すなわち、光の検出工程については、その具体的な方法等は特に限定されるも のではなぐ従来公知の技術を好適に用いることができる。
[0034] また、文言「発光特性」とは、発光強度、分光特性 (各スペクトラムの発光強度)を含 むものである。
[0035] 本発明に係る太陽電池の評価方法によれば、太陽電池素子が直列に複数連結し て構成されて 、る太陽電池モジュールの場合、 1度の電流導入にて太陽電池モジュ ール全体の性能評価を行うことができる。すなわち、 1度の電流導入を実行すれば、 太陽電池モジュールを構成する全太陽電池素子に電流が流通することになるため、 全太陽電池素子が発光する。この場合、本発明において、ルミネセンス面内分布の 瞬時一括測定を行うことも可能である。具体的には、例えば、 CCDなどによる 2次元 一括ならびに 1次元ラインスキャナによる大面積対応を挙げることができる力 これに 限定されるものではない。すなわち、太陽電池モジュール全体の発光特性を大型の 光検出手段や 1次元走査のラインスキャナにて 1度に検出すれば、太陽電池モジュ ールのどの位置の太陽電池素子の性能が低下しているかを一目瞭然的に判断する ことができ、極めて簡便に評価できる。勿論、太陽電池素子 1つのみの性能評価を行 うことも可能である。
[0036] さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法では、さらに、上記発光検出工程にお いて、検出した発光特性のうち発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値 より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には 評価を不良と判定する判定工程を含むことが好まし 、。
[0037] ここで「所定の値」とは、適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。例え ば、この値より低下した場合、十分な光電変換性能が得られないとするような、いわゆ る閾値であってもよいし、また製造工場で生産した良品の太陽電池素子及び Z又は 不良品の太陽電池素子における発光特性の平均値を予め測定しておき、この値を 所定の値としてもよい。
[0038] また、本判定工程では、例えば、発光強度を数値ィ匕して所定の値と比較してもよ!/、 し、発光特性を検出する光検出器として CCDカメラのような発光特性をそのままデジ タル処理する機器を使用した場合、測定した発光強度をデジタル信号化して、予め デジタルィ匕してある所定の値と比較してもよい。すなわち、本判定工程は、測定した 発光特性と予め設定してある基準値とを比較して判定する工程であればよぐその具 体的な方法としては従来公知の技術を好適に用いることができる。
[0039] 上記のように、判定工程を含むことにより、簡便かつ正確に性能'品質の良し悪しを 半 U定することができる。
[0040] さらに、本太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程において検出した発光特 性のうち発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標と して、太陽電池モジュールの性能を判定する判定工程を含んでいてもよい。具体的 には、後述する実施例の図 7 (b)や図 11に示すように、小数キャリアの拡散長と発光 特定 (例えば、発光強度）とは、相関関係がある。そして、上述したように、少数キヤリ ァの拡散長と太陽電池素子の性能とは密接に関連している。
[0041] このため、発光特性力 少数キャリアの拡散長を算出し、その結果に基づいて太陽 電池素子の性能を評価することができる。少数キャリアの拡散長を算出する具体的な 手法としては、例えば、後述の図 7 (b)や図 11に示すように、発光特性と少数キャリア の拡散長とをプロットした図からアナログ的な計算により算出することができる。なお、 少数キャリアの拡散長の値の判断基準として、素子の構造に左右され、明確に定め ることはできな 、が、長ければ長 、ほど好まし！/、。
[0042] また、上記太陽電池の評価方法によって評価対象の太陽電池素子としては、従来 公知の半導体材料を主要構成成分とする太陽電池素子であればよぐ特に限定され るものではないが、好適にはシリコン半導体を主要部材として構成されているものが 好ましい。本明細書において「主要部材として構成されているもの」とは、シリコン半 導体を主要な構成部材として備えていれば、その他にどのような部材、部品が設けら れて 、てもよ 、と 、う意である。
[0043] シリコン半導体は間接遷移でありながら特殊な条件下 (低温下、高電界印加下など )では、発光遷移 (ホットキャリアなどによる）や制動輻射による発光が観測され、物性 や機能評価には使用されてきており、例えば、 Si集積回路の製品評価用の装置は 市販されている（浜松ホトニタスなどが販売)。し力しながら、シリコン半導体は間接遷 移であるため、もともとエレクト口ルミネッセンスに適したものではなぐ通常条件（上述 した特殊な条件以外の条件)では、これまで発光することはほとんど報告されておら ず、それゆえ、 LED用としても用いられていない。
[0044] この点が、上述した GaAsと大きく異なる点である。すなわち、 GaAsは、 LED用の 使用に好適な材料であって、もともとエレクト口ルミネッセンスを生じやす 、ものである 。つまり、 GaAsとシリコン半導体とは、明らかにその性質を異にするものである。した がって、 GaAsの知見をそのままシリコン半導体に用いることはたとい当業者であって もできないことである。
[0045] 〖こもかかわらず、本発明者は、鋭意研究を行った結果、通常条件では発光すること がほとんど報告されて 、な 、シリコン半導体力もなる太陽電池素子が順方向に電流 を導入することにより発光し、その発光強度と少数キャリアの拡散長とが密接に対応 していることを見出した。この知見は、科学的発見として賞賛されるとともに、この知見 力 生ずる発明は産業上利用可能な発明であり、十分に特許性を満足するものであ る。
[0046] 上記太陽電池素子に用いられるシリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはァモル ファスのシリコン半導体であることが好ましい。なかでも特に、多結晶のシリコン半導 体を主要構成部材として備える太陽電池素子であることが好まし 、。多結晶のシリコ ン半導体を主要構成部材として用いて太陽電池素子を作製した場合、均一な面内 分布を得ることが困難であるため、本発明に係る評価方法を用いた品質評価'性能 チェックが非常に重要なものとなる。
[0047] また、後述する実施例に示すように、単結晶及び Z又は多結晶のシリコン半導体を 主要構成部材とする太陽電池素子に、順方向に電流を導入させると、 ΙΟΟΟηπ！〜 1 300nmの波長領域の光を強く発する。したがって、本発明に係る太陽電池の評価方 法では、上記発光検出工程にて検出する光の波長として、特に、 ΙΟΟΟηπ！〜 1300η mの領域の光を感度よく検出することにより、シリコン半導体製の太陽電池素子の性 能評価を一層正確に行うことができる。
[0048] また、上記電流導入工程にお!、て、導入する電流強度は、上記太陽電子素子の作 動電流と略同じ強度であることが好ましい。ここで「太陽電池素子の作動電流」とは、 評価対象の太陽電池素子に太陽光を照射した際に、実際に光電変換により発生す る電流のことの意である。例えば、シリコン半導体製の太陽電池素子だと 5〜40mA Zcm2であるが、この値に限定されるものではなぐ各種太陽電子素子の材料'組成 に応じて、適宜変更可能であることはいうまでもない。なお、上記数値範囲外であつ ても本発明の作用効果を奏することができる合理的な数値範囲は本発明の技術的 範囲に含まれる。
[0049] このように、実動作条件下での評価を行うことによって、より一層正確に性能の評価 が可能となる。
[0050] なお、本発明に係る太陽電池の評価方法では、太陽電池モジュールが多数の太 陽電池素子が直列に連結されて構成されている場合を想定して説明しているが、仮 に、太陽電池モジュールが多数の太陽電池素子が並列に連結されて構成されてい る場合であっても、太陽電池素子が直列にて連結されている領域ごとに評価を行うこ とが可能である。
[0051] また、本発明において、太陽電池素子に順方向電流を注入した後、ルミネセンス強 度を CCDカメラなどで直接測光観察する他、例えば、バンドパスフィルタ等を用いて 分光分布測定や分光器による詳細スペクトラム測定を行 、、これらの結果を併せて 解析することも可能である。特に、多波長分光感度による拡散長の絶対測定結果と 併せると絶対値の分布解析も可能となる。なお、この場合でも、本発明は従来のもの とは異なり、プローブ光を用いな 、のが特長である。
[0052] 以上のように、本発明に係る太陽電池の評価方法によれば、従来の太陽電池の評 価方法に比べて、大が力りな設備を要することなぐ簡便かつ正確に太陽電池素子 の光電変換性能について評価することができる。具体的には、本発明に係る太陽電 池の評価方法又は評価装置は、順方向電流注入によるエレクトロルミネセンス法を用 いているため、従来の技術に比べて、例えば、（0走査プローブ (電子線、レーザ）が 不要であり、簡便な測定を行い得る、 GO大型の設備が不要なため、製品状態 (製造 工場で完成した状態、又は構造物に設置された状態)で観察 ·評価を行うことが可能 である、（iii)実動作条件下 (太陽光照射下では 5〜40mAZcm2の注入条件と同等） での評価を行うことができ、より正確に性能の評価が可能となる、（iv)スペクトル解析に よる詳細な物性解析への展開が可能である、等の特有の効果を奏する。
[0053] さらに、逆方向電圧や高電界印加下による発光解析と容易に組み合わせることが でき、少数キャリア物性とそれが影響を及ぼす素子性能の総合的評価が可能となる。
[0054] また、本発明に係る太陽電池の評価方法では、上記電流導入工程にお!、て導入 する電流強度を変化させ、かつ、上記発光検出工程において、上記電流導入工程 における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の 変化を検出するとともに、さらに上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づ いて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する工程を有するものであってもよ い。
[0055] ここで、変化させる電流強度の範囲は、実動作条件（例えば、 5〜40mAZcm2)で 行うことが好ましい。
[0056] 上記方法にぉ 、てダイオード因子を算出する具体的な手法としては、例えば、後述 する実施例の図 12に示すように、電流強度の変化 (電流密度〔mAZcm2〕 )と発光 特性 (例えば、発光強度等)の変化とを対数グラフ (X軸として電流強度の変化、 y軸と して発光特性の変化）としてプロットする。この場合、上記グラフの傾きが太陽電池素 子のダイオード因子を表す。
[0057] ダイオード因子は、その値力 ' 1"に近いほど理想的な p—n接合が形成できているこ とになり、エネルギー変換効率の点で有利となることが知られている。このため、上記 グラフの傾きカ '1"に近ければ太陽電池素子の性能が良好と判断でき、一方その傾 きが" 1"から離れるにつれ（1より大きくなるにつれ)、性能が不良と判断できる。つまり 、本評価方法は、さらにダイオード因子力 ' 1"に近いか否かに応じて太陽電池の性 能を評価する工程を含んでいてもよいといえる。なお、上述の説明では、理想的な「 拡散電流」成分カ '1"であるということであり、その他の成分 (再結合電流成分等）が 混入すると、傾きは" 1"よりも大きくなる。例えば、混入する成分が再結合電流のみで あると傾きは" 2"となる。
[0058] また、後述の実施例に示すように、検証の結果、発光強度が強いほど上記グラフの 傾きは" 1"に近づくことが確認できている。また、太陽電池素子に単結晶のシリコン半 導体を用いた場合、拡散電流が支配的となり傾きが略" 1"となり、また、太陽電池素 子に多結晶のシリコン半導体を用いた場合、他の電流成分の影響が大きくなることが わかった。
[0059] また、本発明に係る太陽電池の評価方法は、上述した方法以外でも、標準サンプ ルと比較して、性能の良 ·不良を判定してもよい。具体的には、例えば、あら力じめ（ま たは事後的に)標準サンプルについて、本太陽電池の評価方法を実施しておく。そ して、この標準サンプルの評価結果と、評価対象の太陽電池の評価結果とを比較す ることにより、簡便かつ確実に評価対象の太陽電池の性能を評価することができる。
[0060] なお、本発明に係る評価方法によれば、定性的な評価だけでなぐ定量的な評価 を行うことも可能である。例えば、発光強度の強弱のみを確認することにより、定性的 に太陽電池の性能評価を行うことができるし、一方、発光特性を数値ィ匕して、その太 陽電池素子の位置情報と数値情報とを厳密に解析することにより、定量的な評価を 行うこともできる。なお、力かる定量的な評価の具体的な方法としては、本明細書の 内容と出願当時の技術常識に基づけば、当業者であれば容易に実施することができ るであろう。
[0061] < 2.太陽電池の評価装置 >
本発明に係る太陽電池の評価装置は、太陽電池の光電変換性能についての評価 を行う太陽電池の評価装置であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対 して、順方向に直流電流を導入させる電流導入部（電流導入手段）と、上記電流導 入部により電流が導入されることによって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特 性を検出する発光検出部 (発光検出手段）と、を備えるものであればよぐその他の 具体的な構成、大きさ、形状等の条件は特に限定されるものではない。
[0062] 電流導入部は、太陽電池素子に対して順方向に直流電流を注入するための、いわ ゆる直流バイアスを印加することができる電流導入手段であればよぐその具体的な 構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本電流導入手段は、上記 < 1 > 欄にて説明した「電流導入工程」を実行するものであればよいといえる。例えば、従 来公知の定電流源ゃ定電圧源等を用いることができる。
[0063] また、本電流導入部は、太陽電池素子の作動電流と略同じ強度の電流を導入する ことが好ましい。
[0064] 発光検出部は、順方向バイアスされることによって太陽電池素子が発光した際に、 その発光特性を検出することができる発光検出手段であればよぐその具体的な構 成等は特に限定されるものではない。すなわち、本発光検出部は、上記 < 1 >欄に て説明した「発光検出工程」を実行するものであればよい。例えば、 CCDカメラゃィメ ージインテンシファイア一等の従来公知の光検出器を好適に用いることができる。な お、ここでいう「発光特性」とは、上述のものと同義である。
[0065] したがって、本発明に係る太陽電池の評価装置は、上記 < 1 >欄で説明した「太陽 電池の評価方法」を実行するためのものと換言できる。
[0066] 本発明に係る太陽電池の評価装置の評価対象は、上記方法と同様に、特に限定さ れるものではなぐ半導体製の太陽電池一般に利用可能であるが、なかでも特にシリ コン半導体を主要構成部材として備えるものを対象とすることが好ましい。このような シリコン半導体を用 、た太陽電池素子の場合、特に 1000nm〜 1300nmの発光が 観察されるため、上記発光検出部は、この領域 (近赤外領域)の波長の光を検出でき るものであることが好まし!/、。
[0067] さらに、本発明に係る太陽電池の評価装置は、上記発光検出部によって検出され た発光特性のうち、発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場 合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と 判定する判定部 (判定手段）を備えることが好ましい。本判定部は、上記 < 1 >欄に て説明した「判定工程」を実行するものであればよぐその具体的な構成等は特に限 定されるものではない。例えば、従来公知のコンピュータ等の演算装置を好適に用い ることができる。なお、ここでいう「所定の値」とは、上記く 1 >欄と同義であるため、こ こではその説明を省略する。
[0068] また、本発明に係る太陽電池の評価装置は、ラインスキャナ等の 1次元走査機構の ほか、 2次元走査が可能な機構の走査部（走査手段)を備えていてもよい。かかる走 查部を備えることにより、多数の太陽電池素子を備えた大型の太陽電池モジュール 全体をスキャニングしながら評価することができる。なお、走査部は、評価装置に設け ていてもよいし、また逆に、評価対象の太陽電池素子に設けてもよい。なお、走査部 によるスキャニングを行うことなぐ太陽電池素子の上方力 太陽電池モジュール全 体を一度に評価することもできるし、太陽電池モジュールの一部分のみを評価するこ とも可能である。
[0069] また、本発明に係る太陽電池の評価装置では、さらに、上記発光検出部によって検 出した発光特性のうち、発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該 拡散長を指標として、太陽電池モジュールの性能を判定する判定部 (判定手段)を 備えていてもよい。この判定部は、上記 < 1 >欄で述べた判定方法を実施するため の判定手段といえる。それゆえ、本手段が行う具体的な内容については上記 < 1 > 欄を参酌できる。
[0070] また、本発明に係る太陽電池の評価装置では、上記電流導入部は、導入する電流 強度を変化させるものであり、かつ、上記発光検出部は、上記電流導入部における 電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検 出するものであるとともに、さらに、上記電流強度の変化および発光特性の変化に基 づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する算出部 (算出手段)を有す るものであってもよい。上記算出部も、上記 < 1 >欄で述べた評価方法を実施するた めの算出手段であればよぐ従来公知の演算装置などを好適に用いることができる。 それゆえ、本算出部が行う具体的な内容については上記 < 1 >欄を参酌できる。つ まり、本評価装置は、さらにダイオード因子力 ' 1"に近いか否かに応じて太陽電池の 性能を評価する評価部を含んで 、てもよ 、と 、える。
[0071] また、本太陽電池の評価装置に関しては、上述した以外の事項についても、上記 < 1 >欄で述べた太陽電池の評価方法に関する記載を適宜参酌'利用することがで きることはいうまでもない。
[0072] 次に、図 10に基づいて、本発明に係る太陽電池の評価装置の一実施形態につい て説明する。同図に示すように、本実施の形態に係る太陽電池の評価装置 10は、暗 箱 1、発光検出部 12、くし型プローブ 4、銅板 5、直流電源 6、判定部 20を備えている 。また、太陽電池素子 7を評価対象としている。なお、太陽電池素子 7は、太陽電池 素子が複数個連結したモジュールであってもよ 、。
[0073] 暗箱 1は、太陽電池素子 7の発光特性を検出しやすくするための暗状態を形成す るためのものである。なお、 B音箱 1には、窓穴が形成されている。この窓穴は、鉛直方 向に設けられた太陽電池モジュールあるいはパネルを評価する際に用いられるもの である。
[0074] 発光検出部 12は、 CCDカメラ力 なる発光検出手段として機能するものであり、ク 一ルド CCD (Cooled CCD (— 50°C) ) 2と、レンズ 3とを備えている。発光検出部 12は 、 90° 回転可能に形成されている。これにより、鉛直方向に設けられた太陽電池モ ジュールを評価することができる。なお、上記レンズとしては通常のレンズやズームレ ンズ（Zoom Lens)を用いることができる。
[0075] また、発光検出部 12として CCDカメラを用いて、サイズの違う太陽電池素子 7を構 成するセル (太陽電池素子）を評価する場合、下記表 1に記載したような性能の CCD カメラを用いることができる。
[0076] [表 1]
•CCD camera 〜サイズの違うセルの撮影〜
有効素子サイズ 12.29 mm口
通常撮影モード
レンズ
各セル毎に、全体撮影可能。
撮影範囲 · · ·約 15， 25， 110, 160， 210 mm口
ズ一ム機肯
各セル毎に、ズーム撮影可能。
最小撮影範囲 ' " " 0.1 mm口
最大撮影範囲■■ -210 mm口
XY可動式
ズーム撮影中の X，Y軸方向への移動。
最大可動範囲 約 210 mm口
モジュール撮影モード
90°回転
モジュール（1200 mm x 800 mm)撮影可能 c
モジュールとレンズ間の距離■■■約 3m
暗箱外にモジュール設置し測定
具体的には、通常撮影モードでは、図 10に示すように CCDカメラを太陽電池素子 の上部に設置して撮影を行うが、モジュール撮影モードの場合は、太陽電池モジュ 一ルを喑箱 1の外に設置し、 CCDカメラを 90° 回転させて撮影'測定する。
[0077] なお、通常撮影モードの場合の評価対象となる太陽電池素子 7のサイズ (セルサイ ズ）は、例えば、大きさ：約 10, 20, 100, 150, 160, 200mmO、厚さ： 0. 3mm以 下のものを用いることができる。
[0078] また、本実施の形態では、発光検出部 12のレンズ 3と太陽電池素子 7との間の距離 は、 150mm以上 400mm以内に設定され、発光検出部 12は太陽電池素子 7との間 を上下移動可能に設置されることが好ま 、。
[0079] くし型プローブ 4は、太陽電池素子 7に電流を印加するための表面コンタクトである 。くし型プローブ 4は、図示するように、くし型形状のプローブ 1対から構成されており 、太陽電池素子 7を構成する太陽電池素子の電極 1つにつき、くし 1本が対応してい る。プローブの形状がくし型構造である場合、太陽電池素子 7に均一に電流を印加 することができるため、好ましい。
[0080] 特に、 100, 150, 200mmロセルに対して用いるくし型プローブは、各パスバー電 極の長さ'両電極間幅が異なるものとしてもよい。例えば、アトシステム製のくし状プロ ーブ 1対を用いることができる。この場合、 2本のくし状プローブの幅間隔は調整可能 なように構成されていることが好ましい。また、くし状プローブにおける"くし"同士の間 隔は、特に限定されないが、例えば、 9mmであればよい。また、プローブのくし 1本の 太さは lmmのものを使用できる。なお、くし型プローブは電極 1本あたり 1つ用いるこ とが好ましい。
[0081] なお、太陽電池素子が 10, 20mm口である場合、くし型プローブを用いることなぐ ポジショーナ一からのプローブ（1ケ）を用いてもよ!、。
[0082] また、銅板 5は裏面コンタクトとして機能する。例えば、金メッキ銅板を用いることが できる。この場合、太陽電池素子 7を全面吸引することが好ましい。例えば、セルサイ ズが変化するので同中心状の正方形のみぞを掘り吸引することにより、安定性が向 上する。上記みぞのサイズとしては、例えば、 8mm口、 18mm口、 98mm口、 148m m口、 195mm口のものを挙げることができる。また、温度センサー及び Z又は冷却 装置を設けることが好ましい。太陽電池素子の温度を一定に保つことができ、測定' 評価精度が向上するためである。
[0083] 直流電源 6としては、通常の DC power supply(lmA〜50A)のものを用いることが できる。なお、電圧は、太陽電池素子や太陽電池素子を評価する場合は 5V程度で よいが、太陽電池モジュールを評価する場合は、 100V程度であることが好ましい。
[0084] また、上記くし型プローブ 4、銅板 5、および直流電源 6は、電流導入部 11として機 能する。なお、くし型プローブ 4は直流電源 6のマイナス側と固定接続されており、銅 板 5は直流電源 6のプラス側と固定接続されて 、る。
[0085] 判定部 20は、太陽電池素子 7の性能を評価する判定手段として機能するものであ る。本実施の形態では、イメージプロセッサー（Image Processor)を用いている。用い るソフトウェアは、本発明の目的を達せられるものであれば、特に限定されるものでは ないが、例えば、以下のような構成のソフトウェアを用いることが好ましい。
[0086] ·画像の 8bit (28=256階調）または 16bit (216=65536階調）保存可能なもの。
[0087] ·太陽電子素子の発光特性を検出 (撮影)後、画面上で範囲選択して、輝度プロフ アイルデータを取得 ·保存できるもの。
[0088] ，分光可能なもの。
[0089] ·高感度画像を取得できるもの（image intensifierカメラ）、例えば、逆方向電流印加 時のェミッション測定ができるもの。
[0090] また、以下の構成があれば、より好ましい。
[0091] ·データを表計算ソフトで読み込み、画像とすると、撮影像の 90度回転した状態に なって 、る点を改善したもの。
[0092] 'ビニングモードの簡易な切り替えが可能なもの。
[0093] ·発光強度のヒストグラムの自動作成プログラム。
[0094] ·発光強度の弱い部分（暗い部分)の長さや幅の自動測定。 1センチ以上のものの 自動検出。
[0095] ·選択範囲の発光強度の平均値算出。 ^グリッド部分の値を差し引いた平均値も測 定できることが好ましい。
[0096] 暗箱 1内には、発光検出部 12、くし型プローブ 4、銅板 5、および太陽電池素子 7が 設置されている。発光検出部 12は、太陽電池素子 7の発光特性を検出できる位置に 設置されている。本実施の形態の場合、発光検出部 12は、太陽電池素子 7の上部 に設けられている。
[0097] 本太陽電池の評価装置 10の評価動作を説明する。まず、電流導入部 11により太 陽電池素子 7を構成するの太陽電池素子に対して電流が導入される。それに応じて 太陽電池素子が発光する。発光検出部 12は、太陽電池素子の発光特性 (本実施の 形態の場合、発光強度)を検出する。発光検出部 12と判定部 20とは接続されており 、発光検出部 12の検出結果は判定部 20に送られる。最後に判定部 20は、当該検 出結果に基づいての太陽電池素子 7を構成する太陽電池素子の性能を評価する。
[0098] 以上のように、本発明に係る太陽電池の評価装置によれば、上記 < 1 >欄で説明 した太陽電池の評価方法を簡便かつ確実に実施することができる。この場合、従来 の評価装置のように、大型かつ複雑な装置は必要なぐ簡便な装備で正確に太陽電 池素子の性能を評価することができる。
[0099] なお、上述の説明では、主として太陽電池素子や太陽電池素子の評価装置や評 価方法について述べてきた力 本発明はこれに限られるものではなぐ太陽電池モジ ユールが複数連結された太陽電池パネルの評価も行うことができる。この場合、必要 に応じて、印加する電流の強度や電圧、プローブの形状等を適宜変更できる。例え ば、順方向電流を太陽電池素子 1つあたり、 l〜80〔mAZcm2〕に相当する総電流 となるように設定すればよい。また、太陽電池モジュールの大きさに応じて、暗箱から 暗室へ変更してもよい。さらに、上述したように、太陽電池モジュールを鉛直方向に 設置して、図 10における発光検出部 12を 90° 回転させて撮影に用いてもよい。
[0100] < 3.利用 >
上述したように、本発明に係る太陽電池の評価方法及び評価装置は、従来の太陽 電池の評価方法や評価装置に比べて、大が力りな設備を要することなぐ簡便かつ 正確に太陽電池モジュールの光電変換性能について評価することができる。
[0101] さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置は、従来の技術に比べて
、例えば、走査プローブ (電子線、レーザ）が不要であり、簡便な測定を行い得る、ま た大型の設備が不要なため、製品状態 (製造工場で完成した状態、又は構造物に設 置された状態)で観察'評価を行うことが可能である、等の理由により、構造物に設置 されている太陽電池の評価を定期的に行う、メンテナンス方法又はメンテナンスシス テムといったビジネスモデルを構築することができる。
[0102] すなわち、本発明には、上述した太陽電池の評価装置が、構造物に設置されてい る太陽電池モジュールの評価を実行する工程と、判定手段が、上記太陽電池モジュ ールの評価の結果に基づき、上記太陽電池モジュールにおいて、所定の値より性能 が低下して 、る太陽電池素子が存在するか否かを判定する工程と、交換指示手段 力 上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワーク を介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する工程と、を含む太陽電池の メンテナンス方法が含まれる。 [0103] また、本発明には、上記メンテナンス方法を実行するためのメンテナンスシステムも 含まれる。本発明に係るメンテナンスシステムは、上述した太陽電池の評価装置と、 上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池モジュール において、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定 する判定装置と、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通 信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装 置と、を備えるものであればよい。
[0104] 本明細書において、文言「構造物に設置されている太陽電池モジュール」とは、家 屋ゃマンション等の居住施設やショッピングモールやオフィスビル等の商業施設等の 構造物に、既に設置されている太陽電池モジュールをいい、例えば、太陽電池モジ ユールの製造工場において、製造中又は製造直後の太陽電池であって、構造物に 設置されて!ヽな 、ものは除く意である。
[0105] 図 3に、本実施の形態に係るメンテナンスシステムの一例を模式的に示した機能ブ ロック図を示す。同図に示すように、本発明に係るメンテナンスシステム 100は、評価 装置 10、判定装置 20、交換指示装置 30を備えている。評価装置 10は、電流導入 部 11、発光検出部 12を備えている。交換指示装置 30は、通信ネットワーク 40を介し て、交換事業者の端末 50と接続されている。なお、通信ネットワーク 40及び Z又は 交換事業者の端末 50は、上記メンテナンスシステムに含まれていてもよいし、外部の 任意のネットワークや任意の端末を利用してもよ 、。
[0106] 電流導入部 11は、上述の電流導入手段として機能するものであり、上記電流導入 工程を実行するものである。発光検出部 11は、上述の発光検出手段として機能する ものであり、上記発光検出工程を実行するものである。
[0107] 判定装置 20は、上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太 陽電池モジュールにお 、て、所定の値より性能が低下して 、る太陽電池素子が存在 する力否かを判定するものであり、コンピュータ等の従来公知の演算装置を好適に用 いることがでさる。
[0108] 交換指示装置 30は、上記所定の値より性能が低下して!/、る太陽電池素子の交換 を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示するもので あり、例えば、インターネット等の通信回線に接続可能なコンピュータ等の演算装置 を用いることができる。
[0109] なお、本実施の形態では判定装置 20と交換指示装置 30とを別々の装置として記 載しているが、 1台のコンピュータを判定装置及び交換指示装置として用いることが できることは言うまでもな 、。
[0110] また、通信ネットワーク 40は、例えば、有線を用いた専用回線であってもよいし、ィ ンターネット等の回線を用いてもよい。また、携帯電話回線や無線を用いたネットヮー クを禾 IJ用することちでさる。
[0111] 交換事業者の端末 50は、交換指示装置 30からの交換指示を認識できる端末であ ればよぐ好ましくは、表示部（例えば、 CRTや LCD等のディスプレイ)又は出力部（ 例えば、プリンタ）を備えていることが好適である。
[0112] 次いで、図 4に、本実施の形態に係るメンテナンスシステムのフローの一例を示す。
同図に示すように、まず、メンテナンスシステム 100において、評価装置 10の電流導 入部 11が、メンテナンス対象の太陽電池モジュールに対して電流導入工程を行う (ス テツプ 1、以下ステップを" S"と記載する）。次に、評価装置 10における発光検出部 1 2が、 S1の処理によって太陽電池力も発した光の発光特性を検出する（S2)。
[0113] 次いで、判定装置 20が、発光検出部 12の検出結果に基づき、構造物に設置され て 、る太陽電池モジュールにお 、て、所定の値より性能が低下して 、る太陽電池素 子が存在する力否かを判定する（S3)。そして、 S4において、判定装置 20が、所定 の値より性能が低下している太陽電池素子が存在すると判定した場合 ("Y")、 S5に 移行する。 S5では、交換指示装置 30が、通信ネットワーク 40を介して、交換事業者 の端末 50に対して、性能が劣化した太陽電池素子の交換を連絡し、処理を終了す る。
[0114] 一方、 S4において、判定装置 20が、所定の値より性能が低下している太陽電池素 子が存在しないと判定した場合（"N")、そのまま処理を終了する。
[0115] 以上のように、本発明に係る太陽電池のメンテナンス方法又はメンテナンスシステ ムによれば、大型の装置を用いる必要はなぐ簡便な評価装置を用いて容易に太陽 電池の品質評価を行うことができるため、構造物に設置済みの太陽電池モジュール であっても定期的にメンテナンスを行うことが可能である。このため、太陽電池モジュ ールの品質を一定のレベルに維持することができる。
[0116] 上述したように、従来、太陽電池の評価を行うためには、大型の装置を用いる必要 があり、家屋等の構造物に設置された太陽電池モジュールの性能を評価し、定期的 にメンテナンスを行うことが不可能であった。しかし、本発明は、従来のように大型の 装置を必要としないため、初めて構造物に設置されている太陽電池の性能を評価す ることが可能となった。
[0117] また、上述したように、ソーラシミュレータ等を用いた従来の性能評価では、太陽電 池モジュール全体の光電変換効率について検査することになり、モジュールのどの 位置の太陽電池素子の変換効率が悪いの力を詳細に解析できない。このため、仮に 太陽電池モジュールの性能が低下して 、ることが判明した場合でも、太陽電池モジ ユールー式全体を交換する必要があり、非常に無駄が多い。
[0118] 一方、本発明によれば、太陽電池モジュールを構成する多くの太陽電池素子のう ち、どの太陽電池素子の性能が低下しているのかを発光特性を指標として、一目で 判断することができる。このため、太陽電池モジュール全体を交換する必要がなぐ 性能の低下した太陽電池素子のみの交換が可能であり、極めて効率的である。
[0119] 燦燦と降り注ぐ太陽光線から、太陽電池を用いて直接電気工ネルギーを発生する 太陽光発電は、近年、その技術開発が急激に進歩し、日常の電力発生法として利用 されるようになつている。 21世紀の人類文明をィ匕石エネルギー汚染力も守る本格的 なクリーンエネルギーとしてその普及が期待されている。
[0120] 太陽光発電は入力となる太陽輻射エネルギーが無尽蔵で、し力も"ただ"であるとい う太陽エネルギー本来のメリットの他に、半導体の量子光電効果を利用していること に起因して熱エネルギーを媒介としないことから、可動部分がなぐ "静かで安全、無 公害"な電気エネルギーの取得法と考えられている。こうした種々の特長を有しなが ら、太陽電池には高価な高純度なシリコン等を用いる必要があり、発電コストが高いこ とが普及を阻んでいる大きな原因の一つである。そのコスト高の一つとして、その高 額さゆえに、性能が低下したからといって全体を交換することは事実上不可能であり 、設置済みの太陽電池モジュールにつ 、て適切なメンテナンス方法がな 、ことも太 陽電池の普及を阻む原因の一つでもあった。
[0121] しかし、本発明に係る太陽電池のメンテナンス方法又はメンテナンスシステムによれ ば、上述したように、設置済みの太陽電池モジュールについても容易にメンテナンス を行うことができる。このため、本発明は、単に太陽電池モジュールの製造の際に、 製品検査を行うためだけに用いられるものではなぐ太陽電池モジュールの普及に 寄与するメンテナンス方法へも利用可能である。このように本発明は、単に一産業上 の有用性だけでなぐ地球環境の面力 も非常に有用なものである。
[0122] また、本発明を用いることにより、例えば、外光の無い状態 (例えば、夜や暗室)で、 太陽電池からの発光を赤外線 CCDカメラにて撮影し、当該撮影後の画像の濃淡を あら力じめ決めておいた基準データと比較 (コンピュータによる情報処理等による比 較処理)することにより、メンテナンスを行うことも可能である。この場合、例えば、発光 強度が低下している部分 (例えば、白い部分)が一定以上の割合で存在すると、太陽 電池素子の交換時期であると判定することができる。
[0123] なお、上記の説明では、太陽電池の評価装置の一部の例を用いたメンテナンス方 法やメンテナンスシステムについて説明した力 当然、上記メンテナンス方法やメンテ ナンスシステムには、本明細書にぉ 、て説明した様々な太陽電池の評価装置を好適 に用いることができることを念のため付言しておく。
[0124] 最後に、上記評価装置、判定装置、交換指示装置等のメンテナンスシステムの各 ブロック（以下単に「評価装置等」と称する）は、ハードウェアロジックによって構成して もよ 、し、次のように CPUを用いてソフトウェアによって実現してもよ 、。
[0125] すなわち、上記評価装置等は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行す る CPU (central processing unit)、上記プログラムを格糸内した ROM (jead only memor y)、上記プログラムを展開する RAM (random access memory)、上記プログラム及び 各種データを格納するメモリ等の記憶装置 (記録媒体)などを備えている。そして、本 発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである評価装置等の制御プログ ラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム
)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記評価装置等に供給し、 そのコンピュータ（又は CPUや MPU)が記録媒体に記録されているプログラムコード を読み出し実行することによつても、達成可能である。
[0126] 上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッ ピー（登録商標）ディスク Zハードディスク等の磁気ディスクや CD— ROMZMOZ MD/DVD/CD—R等の光ディスクを含むディスク系、 ICカード (メモリカードを含 む） Z光カード等のカード系、あるいはマスク ROMZEPROMZEEPROMZフラッ シュ ROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。
[0127] また、評価装置等 10を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコード を、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限 定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、 LAN, ISDN, V AN、 CATV通信網、仮想専用網（virtual private network)、電話回線網、移動体通 信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体 としては、特に限定されず、例えば、 IEEE1394、 USB、電力線搬送、ケーブル TV 回線、電話線、 ADSL回線等の有線でも、 IrDAやリモコンのような赤外線、 Bluetoo th (登録商標）、 802. 11無線、 HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網 等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝 送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現 され得る。
[0128] 以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん 、本発明は以下の実施例に限定されるものではなぐ細部については様々な態様が 可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるも のではなぐ請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された 技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲 に含まれる。
[0129] 〔実施例〕
多結晶のシリコン半導体力もなる Si太陽電池素子に対して、順方向に 5〜40mAZ cm2の電流を注入して解析した。本実施例では、ェミッション顕微鏡 (浜松ホトニタス 社製、 PHEMOS— 200)を用いた。使用した Si太陽電池素子の大きさは lcm X lc mである。まず、電流を注入した際の Si太陽電池素子の様子を撮影した画像を図 5 ( a) ,図 5 (b)に示す。図 5 (a)は、 Si太陽電池素子の発光の様子を示す図であり、図 5 (b)は、 Si太陽電池素子の少数キャリア (電子)の拡散長を示す図である。
[0130] 図 5 (a)に示すように、 Si太陽電池素子に電流を注入すると、 Si太陽電池素子が強 く発光していることがわかる。なお、白っぽく見える部分が強く発光している領域であ り、黒く見える部分が発光の弱い領域である（なお、カラー画像の場合、赤くなつてい る部分が強く発光しており、黄力 青い部分が発光の弱い部分である)。例えば、図 5 (a)中の波線で囲んだ領域 A〜Fは発光の弱 、領域である。
[0131] また、図 5 (b)には少数キャリアの拡散長の分布を示しており、グレーに見える領域 は拡散長の長い領域であり、白っぽく見える部分と黒く見える部分は拡散長が短くな つている領域である (なお、カラー画像の場合、赤'橙色に近づくほど拡散長が長い 部分であり、色が青力 紫に近づくにつれて拡散長が短くなつていく）。例えば、図 5 ( b)中の波線で囲んだ領域 A〜Fは拡散長が短くなつて 、る領域である。
[0132] これら図 5 (a) ,図 5 (b)に示すように、 Si太陽電池素子に電流を注入した場合に強 く発光している部分と拡散長が長い部分とがー致しており、また弱く発光する部分と 拡散長が短い部分とがー致していることがわかる。このことから、 Si太陽電池素子に 電流を注入した場合の発光強度等の発光特性と少数キャリアの拡散長とは密接に関 連していることがわ力つた。ここで、少数キャリアの拡散長は、太陽電池の光電変換 効率と連動していることから、 Si太陽電池素子に電流を注入した際の発光特性につ いて、さらに詳細に解析した。
[0133] 具体的には、まず、 Si太陽電池素子に 5〜40mAZcm2の電流を注入した場合の 発光強度 (EL intensity)と太陽電池モジュール力 発せられた光の分光特性を解析 した。その結果を図 6に示す。なお、分光特性は、分光器（日本分光 (株)製 M50) 、及びゲルマニウム検出器（EDINBURGHINSTRUMENT社製、 EI— L)を用いて、操 作マニュアルに従 、測定した。
[0134] 同図に示すように、 Si太陽電池素子に対して電流を注入した場合、波長 lOOOnm 〜1300nmにピークを有する発光が認められた。なお、このピークは複数の分光ス ベクトルカゝら構成されている可能性もあるため、現在鋭意解析中である。
[0135] 次に、 Si太陽電池素子に対して注入する電流の大きさと発光強度の関係を検討し た。その結果を図 7 (a)に示す。同図に示すように、注入する電流が大きくなるにつれ 、発光強度も強くなつていくことがわ力つた。
[0136] 次いで、 Si太陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を図 7 (b )に示す。なお、図 7 (b)には、それぞれ導入する電流の大きさを変化させた場合の 結果を示している。
[0137] 同図に示すように、電流の大きさが異なる場合であっても、発光強度と少数キャリア の拡散長とは比例関係にあることがわ力つた。ここで、少数キャリアの拡散長が増加 すれば、太陽電池の光電変換能が向上することが知られている。このため、太陽電 池に電流を導入し、その際の発光強度を指標として、当該太陽電池の光電変換性能 を評価することができることがわ力つた。
[0138] また、図 7 (b)の結果のうち、特に導入電流の大きさ（Forward Current)が 6mAZc m2, 13. 5mA/cm2, 18. 7mAZcm2の場合について、 Si太陽電池素子の拡散長 と発光強度との関連性を解析した結果を別のグラフとして図 11に示す。図 11中、上 の 2本の直線は左側の縦軸を使用し、下の 1本のみ右側の縦軸を使用して示してい る。これは発光強打が広い範囲で変化したためである。同図より、発光強度と拡散長 とは比例関係にあることがわ力つた。
[0139] 続いて、単結晶のシリコン半導体を用いた Si太陽電池素子についても、電流を導 入することにより、発光が認められる力否かを検討した。その結果を図 8、図 9に示す 。図 8には、単結晶の Si太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光の様子を とらえた画像を示す。図 9には、単結晶の Si太陽電池素子に対して電流を導入した 場合の発光強度を調べた結果を示す。
[0140] これらの図に示すように、単結晶のシリコンを用いた太陽電池素子も多結晶シリコン を用いた場合と同様に、電流を順方向に注入することにより、発光が認められることを 確認した。
[0141] また、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを用いた太陽電池素子に関して、電流 密度を変化させた場合の発光強度 (EL強度)の変化を調べた。具体的には 15cm口 の結晶系シリコン力 なる太陽電池素子に対して電流を導入して、発光強度を調べ [0142] その結果を図 12に示す。同図に示すように、単結晶シリコンを用いた太陽電池素 子は、拡散電流が支配的なため、傾きが略 1となることがわ力つた。また、多結晶シリ コンの場合、他の電流成分の影響を受けるが、 EL強度が強いほど傾きは 1に近づく ことがわ力つた。この傾きは、ダイオード因子を表し、 1に近いほど、太陽電池素子の 性能が良好となる。
[0143] なお、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様ま たは実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのよう な具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に 記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである 産業上の利用の可能性
[0144] 本発明に係る太陽電池の評価方法等は、太陽電池モジュールを製造するの際に 行われる品質検査だけでなぐ例えば、設置済みの太陽電池モジュールの定期的な メンテナンスにも利用可能であり、単なる検査機器等にとどまらず、広範な産業上の 利用可能性が存在する。

Claims

請求の範囲
[1] 太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、
上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する 電流導入工程と、
上記電流導入工程によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出す る発光検出工程と、を含み、
上記太陽電池素子は、シリコン半導体を主要部材として構成されるものであることを 特徴とする太陽電池の評価方法。
[2] さらに、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度の強弱を指 標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度 が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定工程を含むことを特徴す る請求項 1に記載の太陽電池の評価方法。
[3] さらに、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度に基づいて 、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定 する判定工程を含むことを特徴する請求項 1に記載の太陽電池の評価方法。
[4] 上記電流導入工程において導入する電流強度は、上記太陽電子素子の作動電流 と略同じ強度であることを特徴とする請求項 1〜3のいずれか 1項に記載の太陽電池 の評価方法。
[5] 上記電流導入工程において導入する電流強度を変化させ、かつ、
上記発光検出工程において、上記電流導入工程における電流強度の変化に応じ て、上記太陽電池素子力 生じる光の発光特性の変化を検出するとともに、 さらに上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素 子のダイオード因子を算出する工程を有することを特徴とする請求項 1に記載の太陽 電池の評価方法。
[6] 上記シリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはアモルファスのシリコン半導体であ ることを特徴とする請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の太陽電池の評価方法。
[7] 上記発光検出工程にて検出する光の波長が、 ΙΟΟΟηπ！〜 1300nmの領域の光で あることを特徴とする請求項 1〜6のいずれか 1項に記載の太陽電池の評価方法。
[8] 太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって、 上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる 電流導入手段と、
上記電流導入手段により電流が導入されることによって、上記太陽電池素子から生 じる光の発光特性を検出する発光検出手段と、を備え、
上記太陽電池素子は、シリコン半導体を主要部材として構成されるものであることを 特徴とする太陽電池の評価装置。
[9] さらに、上記発光検出手段によって検出された発光特性のうち、発光強度の強弱を 指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強 度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定手段を備えることを特 徴する請求項 8に記載の太陽電池の評価装置。
[10] さらに、上記発光検出手段によって検出した発光特性のうち、発光強度に基づいて 、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定 する判定手段を備えることを特徴する請求項 8に記載の太陽電池の評価装置。
[11] 上記電流導入手段は、導入する電流強度を変化させるものであり、かつ、
上記発光検出手段は、上記電流導入手段における電流強度の変化に応じて、上 記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するものであるとともに、 さらに、上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素 子のダイオード因子を算出する算出手段を有することを特徴とする請求項 8に記載の 太陽電池の評価装置。
[12] 請求項 8〜11のいずれか 1項に記載の太陽電池の評価装置が、構造物に設置さ れて 、る太陽電池の評価を実行する工程と、
判定装置が、上記太陽電池の評価の結果に基づき、上記太陽電池において、所 定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在する力否かを判定する工程と、 交換指示装置が、上記所定の値より性能が低下して 、る太陽電池素子の交換を、 通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する工程と、を 含むことを特徴とする太陽電池のメンテナンス方法。
[13] 請求項 8〜： L 1の ゝずれか 1項に記載の太陽電池の評価装置と、 上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池において、 所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在する力否かを判定する判定 装置と、
上記所定の値より性能が低下して 、る太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを 介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装置と、を備えるこ とを特徴とする太陽電池のメンテナンスシステム。
請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の太陽電池の評価方法を一工程として含むこと を特徴とする太陽電池の製造方法。
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